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API钻具接头螺纹的特点、类型、加工要求及技术参数
随着牙轮钻进,空气潜孔锤钻进,气举反循环钻进等钻探工艺的推广使用。API系列井内钻柱构件和井下工具也得到了越来越广泛的应用。尤其是连接钻柱构件的API系列钻具接头螺纹,更是起着不可或缺的作用。因此,熟悉和掌握API系列钻具接头螺纹的相关技术规范和设计要求,采用合理的加工参数及检测方法,是保证API系列井内钻柱构件和井下工具正常使用的重要工作之一。本文拟在API SPEC7、GB/T9253. 1—1999、SY/T5144—2007及GB/T4749—2003等标准的基础上,并结合生产实践及使用过程中遇到的实际问题,分别就API系列钻具接头螺纹的特点、类型、规格、加工要求、检测方法、及螺纹的主要失效形式等方面进行论述,以帮助我们加深对API相关技术规范的理解和认识,正确掌握API系列钻具接头螺纹的生产加工和操作使用。
一、螺纹特点
API系列钻具接头螺纹主要用于钻杆、钻铤、钻具稳定器和转换器等钻井工具及钻柱构件的连接。目前生产和检验的主要依据标准为:API SPEC 7《旋转钻柱构件规范》(2001年11月第40版)和GB/T9253.1—1999《石油钻杆接头螺纹》。
API SPEC 7将钻具接头螺纹称为“旋转台肩连接”,这种带锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连接部分直径误差的特点。因此互换程度高、结合紧密、装拆容易。其技术特点为:“英制锥管螺纹、有台肩连接、三角形螺纹”,因此在管材连接中应用极为广泛。
API系列钻具接头螺纹按螺纹形式分为四大类,分类情况见表一。
表一钻具接头螺纹类型
序号 | 螺纹形式 | 英文写法 | 螺纹牙型 | 规格与种类 |
1 | 数字型(NC) | Number Style Connection Threads | V-0.038R | NC23~NC77 共计13种 |
2 | 内平型(IF) | Internal Flush Style Connection Threads | V-0.065 | 共计6种 |
3 | 贯眼型(FH) | Full Holo Style Connection Threads | V-0.065 V-0.050 V-0.040 | 共计5种 |
4 | 正规型(REG) | Regular Style Connection Threads | V-0.050 V-0.040 | 共计8种 |
二、螺纹类型
1、数字型螺纹(NC)
这是以螺纹基面中径的英寸和十分之一英寸数值表示的螺纹。所有规格螺纹均采用V-0.038R平顶圆底三角形牙型。牙型特点为:圆形牙底,牙底半径为0.038英寸(0.965毫米)。
数字形螺纹(NC)是API推荐优先使用的螺纹类型。该螺纹有1:6和1:4两种锥度标准,主要应用于钻杆、钻铤、钻具稳定器等钻柱构件的连接,NC50还可应用于在钻头螺纹的连接上。
2、内平型螺纹(IF)
该型螺纹主要用于连接外加厚或内外加厚的钻杆、接头内径、管端加厚处内径与钻杆内径有着相等或近似相等的通径。所有规格螺纹均采用V-0.065平顶平底三角形牙形。这种牙型的特点为:平牙顶、平牙底、牙顶宽度为0.065英寸(1.651毫米)。
该型螺纹除IF规格外,其它规格因其结构尺寸与相应的数字型螺纹完全相同,因此与数字型螺纹具有互换性。
内平型螺纹的牙型结构易导致应力集中,故API已将其逐步淘汰。相应规格螺纹由同规格的数字型螺纹所取代。
被淘汰螺纹与数字型螺纹互换情况见表二。
4、正规型螺纹(REG)
该型螺纹曾用于连接内加厚钻杆,钻具接头内径小于加厚端内径,而加厚端内径又小于钻杆内径。API设计正规型螺纹的主要目的是将其应用在钻头螺纹的连接上,由于钻头位置处于钻柱末端。所以尽管螺纹牙型也存在应力集中现象,但对整个钻柱连接强度影响不大。因此可以忽略不计,在修改后的API SPEC 7第四十版中,API将所有的螺纹规格都全部保留了下来。
正规型螺纹使用V-0.050和V-0.040两种牙型。在API SPEC 7第四十版中,又增加了V-0.055牙型(平牙底,牙顶宽度为0.055英寸,1.397毫米)的1REG和1REG两种螺纹规格。
三、螺纹标记
按照《GB/T9253.1—1999》标准中的相关规定,钻具接头螺纹采用螺纹代号进行标注。
1、数字型螺纹:采用螺纹代号加螺纹基面中径十分之一英寸的数值组成。
例:NC38—表示螺纹基面中径为3.8英寸,只能加工成V-0.038R尺寸牙型的数字型螺纹。
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